SimForge HSF 案例分享｜复杂仿真应用定制——UAVSim无人机仿真APP（操作篇）

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导读

「神工坊」核心技术——「SimForge HSF高性能数值模拟引擎」支持工程计算应用的快速开发、自动并行，以及多域耦合、AI求解加速，目前已实现航发整机数值模拟等多个系统级高保真数值模拟应用落地，支持10亿阶+，100w+核心量级的高效求解。其低代码开发能力，可面向复杂装备、中小企业专用仿真场景，快速开发定制仿真应用。

在上一期的《SimForge HSF 案例分享｜复杂仿真应用定制——UAVSim无人机仿真APP（技术篇）》中，我们为大家分享了“UAVSim无人机仿真APP”案例，详细解读了客户所面临的挑战，并展示了「神工坊」团队是如何提供专业的技术解决方案，帮助客户解决了无人机仿真过程中“精确建模与分析难度大”“实物试验成本高、代价大”“经验设计研发周期长”等痛点。

本期文章，我们将从理论走向实践，展示“UAVSim无人机仿真APP”的具体操作教程。

UAVSim无人机仿真APP操作演示

1. 软件启动

登录平台后，找到对应图形应用图标【UAVSim】

双击UAVSim图标启动软件图形界面，或者右击图标设置实例。

2. 前处理

前处理模块功能包括工程创建、打开，无人机模型导入及相关参数的定义，模型显示和参数保存功能。

新建工程：

点击新建工程按钮，会弹出文件浏览器，选择工程目录位置，点击确定，输入工程名称，后续生成的计算结果等相关文件都会存放在此。

点击打开工程按钮，同样会弹出文件浏览器，选择工程目录，会自动读取工程文件中的参数，并显示在图形窗口。

导入几何文件：

点击...，选择需要导入的几何文件，在点击导入几何按钮，完成模型的选择和导入。点击显示模型，在右侧图形框显示几何模型

几何参数定义：

输入模型相关参数，点击保存文件按钮，将参数保存至工程文件

3.计算提交

计算提交模块包含仿真参数、队列参数信息填写和计算控制三个功能。

仿真参数设置：

仿真参数包含仿真时长和输出间隔两个参数的填写。

队列设置：

队列参数包含队列选择和并行核数的设置。

网格显示：

单击网格显示按钮，会显示流场域的网格划分。

4.后处理

计算完成后自动打开计算结果，点击后处理模块，标签页进入Paravis模块进行后处理。

总结

「UAVSim无人机仿真APP」通过自研的网格模块，根据无人机真实工况生成自适应网格，进而利用LBM求解器进行计算，实现了对旋翼机体的数值仿真。软件易于操作，界面设计简洁直观，产品经理也可轻松上手，参与高效协同研发。

除UAVSim外，依托「SimForge HSF高性能数值模拟引擎」等技术，「神工坊」为不同行业、拥有特定仿真需求的客户快速定制复杂仿真应用，帮助客户实现设计研发、性能测试等过程的优化，从而降低成本、缩短周期、提高产品质量。

“仿真驱动创新，计算引领未来”，「神工坊」将始终践行“创新驱动、追求卓越、价值导向、开放合作”的价值观，继续保持对技术研发与创新的高度热情，与更多企业合作，探索更广泛、更深入的高性能数值模拟应用场景。

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SimForge HSF 案例分享｜复杂仿真应用定制——UAVSim无人机仿真APP（技术篇）

导读「神工坊」核心技术——「SimForgeHSF高性能数值模拟引擎」支持工程计算应用的快速开发、自动并行，以及多域耦合、AI求解加速，目前已实现航发整机数值模拟等多个系统级高保真数值模拟应用落地，支持10亿阶+、100w+核心量级的高效求解。其低代码开发能力，可面向复杂装备、中小企业专用仿真场景，快速开发定制仿真应用。本文将通过“UAVSim无人机仿真APP”案例，带您深入了解「神工坊」团队，如何基于「SimForgeHSF」，针对具体场景开发垂直应用，使产品经理也可上手操作无人机数值仿真。一、客户需求分析1.行业背景无人机广泛应用于军事侦察、民用航拍、物流配送、农业植保、应急救援等诸多领域，其市场规模呈现出爆发式增长态势。随着应用场景的不断拓展和深化，对无人机的性能、可靠性和安全性提出了越来越高的要求，这使得无人机的研发设计面临着前所未有的挑战。2.客户痛点➢精确建模与分析难度大在空气动力学方面，精确模拟无人机在不同飞行状态下的气流特性是确保飞行性能的关键。然而，气流与无人机机体及旋翼之间的相互作用极为复杂，受到飞行姿态、速度、环境风等多种因素的影响，准确建模和分析难度极大。➢实物试验成本高、代价大在研发流程中，传统的设计方法主要依赖实物试验和经验积累。但实物试验成本高昂且耗时费力。➢经验设计研发周期长经验设计在面对新型无人机的创新设计需求时，缺乏科学依据和理论支持，难以快速准确地确定最优设计方案，导致研发周期延长。二、解决方案设计1.自研网格模块生成自适应网格目标：研发可动态调整的网格模块，以满足无人机不同条件下的差异化网格需求。技术方案：UAVSim的网络模块基于自研的结构网格自适应技术（SAMR）来生成自适应网格，其具有以下几点优势：①网格自动生成SAMR技术主要基于笛卡尔网格，其网格结构相对简单，天然适合自动生成网格。即使面对复杂的无人机几何形状或存在一定几何缺陷（如轻微不平整、小空洞等）的模型，也能通过适当处理成功生成网格。应用场景：对于多旋翼无人机复杂的旋翼结构和机身连接部分，模块可以自动识别并生成合适的网格。在边界处，采用脱体网格加密和合适的边界模型（如浸没边界法），确保边界条件的准确性，有效提高了网格生成的效率和质量，降低了对人工前处理的依赖。②高效自适应加密SAMR技术可以使网格能够精准地集中在需要加密的关键区域。在无人机飞行过程中，根据实时监测的物理场特征（如气流速度、压力变化等），在气流变化剧烈的区域（如高速飞行时的机翼前缘、旋翼旋转区域等）快速加密网格，而在相对稳定的区域则保持较粗的网格，从而高效利用网格资源。与传统结构化网格相比，它无需按固定维度进行加密，更加灵活；相较于非结构网格，在保持局部结构化优势的同时，利用简单直接的等分和合并规则实现网格重构，速度更快、效率更高。应用场景：当无人机从平稳飞行进入紊流区域时，网格能迅速在紊流影响区域加密，准确捕捉气流变化。③多尺度特征捕捉SAMR技术能够有效捕捉无人机飞行中的多尺度特征。无论是大尺度的气流整体分布，还是小尺度的涡旋、边界层等细节，都能通过自适应加密得到准确模拟。同时，由于其局部结构化特征，在适应无人机复杂几何形状的前提下，保证了局部计算效率与传统结构化网格相当。④计算效率提升采用笛卡尔网格的SAMR还可大幅节约几何描述数据，缓解众核处理器内存带宽瓶颈，有利于在高性能计算平台上运行。SAMR能根据不同的硬件平台（如国产神威超级计算机或传统X86架构计算机）特点，调整网格块分辨率，充分发挥硬件性能，进一步提高计算效率。应用场景：在使用国产神威・太湖之光超级计算机时，通过优化网格配置，实现高效计算。无人机四旋翼侧网格生成效果图2.LBM求解器对旋翼机体的数值仿真目标：实现不同工况下旋翼的高保真数值模拟，以提升无人机整体的飞行效率、机动性、稳定性和安全性。技术方案：LBM（格子玻尔兹曼方法）求解器：基于微观粒子模型，将流体空间离散为规则的格子结构，通过跟踪流体粒子在格子间的碰撞和迁移来模拟流体流动。在旋翼机体仿真场景下，LBM求解器可以实现：精确描述旋翼和机体的形状和位置准确获取旋翼表面的压力分布获取旋翼关键空气动力参数捕捉气流的紊流特性和涡旋结构模拟旋翼尾流的发展和传播模拟尾流与机身等部件的相互作用在此技术支持下，UAVSimAPP中可以通过调整旋翼的几何参数（如桨叶形状、长度、扭转角等）和飞行工况参数（如飞行速度、姿态角等），进行大量的数值实验，快速评估不同设计方案对旋翼性能的影响，为优化旋翼设计提供全面而准确的数据支持。3.操作界面优化目标：用户界面与操作流程简化，加强UAVSimAPP的易上手性，降低产品经理等非专业仿真工程师的学习成本，提高协同研发效率。简洁直观的用户界面与便捷操作流程：UAVSim的用户界面设计采用符合人机工程学的布局。功能模块图标直观醒目：主界面上，前处理、计算提交、后处理等主要功能模块功能按钮分类清晰且标识明确，用户能迅速定位所需功能入口。应用场景：在前处理模块，用户仅需简单操作，即可导入无人机几何模型，并轻松输入各旋翼的中心坐标、旋转速度、直径以及前飞速度等关键参数。三、总结本篇详细解析了「神工坊」团队针对无人机仿真场景，提供的技术解决方案——「UAVSim无人机仿真APP」通过自研的网格模块，根据无人机真实工况生成自适应网格，进而利用LBM求解器进行计算，实现了对旋翼机体的数值仿真。软件易于操作，界面设计简洁直观，产品经理也可轻松上手，参与高效协同研发。关注「神工坊」，第一时间获取“案例分享”专栏最新内容，在即将发布的“操作篇”中，我们将为您展示「UAVSim无人机仿真APP」前处理-求解-后处理全流程作业的具体操作过程，敬请期待！